Giáo án Bài 35. Khai thác nhiên liệu hóa thạch. Nguồn carbon. Chu trình carbon và sự ấm lên toàn cầu

HS huy động kiến thức sẵn có về việc đốt nhiên liệu và xác định vấn đề cần giải quyết: carbon trong nhiên liệu đi đâu và liên quan thế nào đến khí hậu.

GV nêu tình huống: khi đốt củi, than hoặc xăng dầu, carbon trong nhiên liệu chuyển thành chất gì và đi về đâu? GV đặt câu hỏi: 1) Carbon có mất đi khi bị đốt không? 2) Vì sao người ta lo ngại việc đốt nhiên liệu làm nhiệt độ Trái Đất tăng? 3) Ngày lạnh có chứng tỏ Trái Đất không ấm lên không? HS ghi dự đoán cá nhân vào vở (1–2 phút), sau đó chia sẻ với bạn cùng bàn.

Các dự đoán ban đầu của HS, ví dụ: carbon chuyển thành khí CO₂ và thoát vào không khí; đốt nhiên liệu làm CO₂ tích tụ, giữ nhiệt; một ngày lạnh không đại diện cho cả hành tinh. GV ghi lại các dự đoán lên bảng để đối chiếu cuối tiết.

HS nêu được chu trình carbon là sự luân chuyển của carbon qua khí quyển, sinh vật, nước và địa chất với tốc độ khác nhau; nhận ra các kho carbon có thang thời gian rất khác nhau.

Nhóm 4 HS quan sát mô phỏng 3D chu trình carbon trong trang bài học NeoEdu, theo dõi các mũi tên: quang hợp và hô hấp diễn ra nhanh, đại dương luân chuyển chậm, còn sự hình thành nhiên liệu hóa thạch gần như đứng yên. Nhiệm vụ: 1) Kể tên các kho carbon mà HS quan sát được (khí quyển, sinh vật, đại dương/nước, lòng đất). 2) Ghi quá trình nào diễn ra nhanh, quá trình nào diễn ra chậm vào Phiếu học tập số 1, phần A. 3) Giải thích vì sao carbon luân chuyển với tốc độ khác nhau.

Phiếu học tập số 1, phần A hoàn chỉnh. Kết luận HS rút ra: chu trình carbon là sự luân chuyển carbon qua khí quyển, sinh vật, nước và địa chất với tốc độ khác nhau; quang hợp và hô hấp diễn ra nhanh, đại dương luân chuyển chậm, hình thành nhiên liệu hóa thạch diễn ra rất chậm nên có thể coi là gần như đứng yên trong thang thời gian của con người.

HS nêu được khí nhà kính hấp thụ và phát bức xạ hồng ngoại, gia tăng có thể làm ấm hệ khí hậu; giải thích được nhiên liệu hóa thạch là nguồn đốt chuyển carbon lưu trữ lâu sang CO₂ nhanh hơn nhiều quá trình thu hồi; phân biệt được ba khái niệm trong bài.

Cặp đôi hoàn thành phần B của Phiếu học tập số 1: 1) Nêu đặc điểm của khí nhà kính và giải thích vì sao gia tăng khí nhà kính có thể làm ấm hệ khí hậu. 2) Nêu đặc điểm của nhiên liệu hóa thạch và giải thích vì sao đốt chúng làm CO₂ tăng nhanh. 3) Lập bảng so sánh ba khái niệm: chu trình carbon, khí nhà kính, nhiên liệu hóa thạch (định nghĩa, vai trò, thang thời gian). GV đặt câu hỏi: “Quan sát mô phỏng: CO₂ tăng từ 280 lên khoảng 425 ppm từ năm 1850 đến 2025 gắn với điều gì?”

Phiếu học tập số 1, phần B và bảng so sánh ba khái niệm. Nội dung đúng: Khí nhà kính hấp thụ/phát bức xạ hồng ngoại, gia tăng có thể làm ấm hệ khí hậu. Nhiên liệu hóa thạch: đốt chuyển carbon lưu trữ lâu sang CO₂ nhanh hơn nhiều quá trình thu hồi. Chu trình carbon: luân chuyển carbon với tốc độ khác nhau. Dữ liệu mô phỏng: CO₂ tăng từ 280 lên khoảng 425 ppm và Trái Đất ấm thêm khoảng 1,2 °C, gắn với việc đốt nhiên liệu ngày càng nhiều.

HS củng cố phân biệt chu trình carbon, khí nhà kính, nhiên liệu hóa thạch và nhận diện được quan niệm sai về tốc độ biến đổi carbon.

HS làm bài tập 1 đến 5 trong mục Bài tập của bài học bằng hình thức trả lời nhanh bằng thẻ A/B/C hoặc bảng con. Bài tập 1: đặc điểm của chu trình carbon. Bài tập 2: đặc điểm của khí nhà kính. Bài tập 3: ghép khái niệm với đặc điểm. Bài tập 4: nhận định “Mọi biến đổi carbon trong tự nhiên diễn ra nhanh như một lần đốt nhiên liệu” đúng hay sai và vì sao. Bài tập 5: chọn thuật ngữ mô tả “đốt chuyển carbon lưu trữ lâu sang CO₂ nhanh hơn nhiều quá trình thu hồi”.

Đáp án: 1–C (carbon luân chuyển qua khí quyển, sinh vật, nước và địa chất với tốc độ khác nhau). 2–A (hấp thụ/phát bức xạ hồng ngoại, gia tăng có thể làm ấm hệ khí hậu). 3: Chu trình carbon – carbon luân chuyển với tốc độ khác nhau; Khí nhà kính – hấp thụ/phát bức xạ hồng ngoại; Nhiên liệu hóa thạch – đốt chuyển carbon lưu trữ lâu sang CO₂ nhanh hơn nhiều quá trình thu hồi. 4: Sai, vì các kho và quá trình có thang thời gian rất khác; giải phóng nhanh carbon địa chất có thể vượt hấp thụ ngắn hạn. 5: Nhiên liệu hóa thạch.

HS vận dụng phương trình hóa học và khối lượng mol để tính số mol và khối lượng CO₂ khi đốt 0,5 mol CH₄; giải thích vì sao một ngày lạnh không đủ bác bỏ xu thế ấm lên toàn cầu.

HS làm Phiếu học tập số 2 gồm: câu 1: Đốt 0,5 mol CH₄ hoàn toàn tạo bao nhiêu mol CO₂ và khối lượng CO₂ (M của CO₂ = 44 g/mol)? Câu 2: Vì sao không dùng một ngày lạnh để bác bỏ xu thế ấm lên toàn cầu? Câu 3: Bạn A nói “Mọi biến đổi carbon trong tự nhiên diễn ra nhanh như một lần đốt nhiên liệu.” Hãy bác bỏ bằng một lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.

Đáp án câu 1: $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$. Tỉ lệ 1 mol CH₄ : 1 mol CO₂ nên $n_{\mathrm{CO_2}} = 0{,}5\ \mathrm{mol}$; $m_{\mathrm{CO_2}} = 0{,}5 \times 44 = 22\ \mathrm{g}$. Câu 2: Thời tiết ngắn hạn khác với thống kê khí hậu dài hạn; phải dùng chuỗi dữ liệu có phương pháp và nguồn, không chọn một ngày đại diện toàn cầu. Câu 3: Lí do: các kho và quá trình có thang thời gian rất khác; giải phóng nhanh carbon địa chất có thể vượt hấp thụ ngắn hạn. Hệ quả: đánh giá quá cao khả năng hấp thụ ngay lượng carbon vừa giải phóng. Kết luận đúng: Các quá trình carbon có thang thời gian khác nhau; đốt nhiên liệu giải phóng carbon nhanh hơn khả năng hấp thụ tự nhiên trong ngắn hạn. Chấm: câu 1 đúng dữ kiện, phương trình, đơn vị; câu 2 và 3 theo tiêu chí đúng cơ chế, áp dụng và điều kiện hạn chế.

HS vận dụng kiến thức về chu trình carbon, khí nhà kính và nhiên liệu hóa thạch để đề xuất và thuyết minh các biện pháp giảm phát thải CO₂ phù hợp với gia đình, trường học và địa phương.

Nhóm 4 HS hoàn thành nhiệm vụ: 1) Dựa trên dữ liệu mô phỏng (CO₂ tăng từ 280 lên khoảng 425 ppm, Trái Đất ấm thêm khoảng 1,2 °C từ 1850 đến 2025), giải thích vì sao việc đốt nhiên liệu hóa thạch cần được xem xét. 2) Đề xuất ít nhất 3 biện pháp giảm phát thải CO₂ trong đời sống và giải thích cơ chế tác dụng dựa trên kiến thức của bài. 3) Viết một đoạn thuyết minh 5–7 câu trình bày trước lớp, nêu rõ vì sao không kết luận xu thế khí hậu từ một ngày lạnh hay một ngày nóng. Nhiệm vụ có thể tiếp tục ở nhà: quan sát và ghi lại hoạt động tiêu thụ điện, xăng dầu của gia đình trong một tuần.

Sản phẩm nhóm: bảng đề xuất 3 biện pháp giảm phát thải (ví dụ: tiết kiệm điện, giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch khi có thể, trồng và bảo vệ cây xanh để tăng hấp thụ CO₂) kèm giải thích cơ chế và một đoạn thuyết minh 5–7 câu. Kiến thức HS rút ra: mọi biện pháp đều cần dựa trên chuỗi dữ liệu có phương pháp và nguồn; giảm đốt nhiên liệu hóa thạch giúp hạn chế lượng CO₂ được giải phóng nhanh vào khí quyển.